Всі метеорологічні елементи змінюються в просторі і в часі, т. Е. Є функціями координат точки і часу. Просторовий розподіл метеорологічних елементів називають полями цих елементів. Метеорологічні поля (як і будь-яке фізичне поле) найпростіше характеризувати еквіскалярнимі поверхнями, т. Е. Такими поверхнями, в кожній точці яких метеоелементов зберігає свою величину. Так, поле атмосферного тиску характеризується ізобаричної поверхні, поле температури-ізотермічними поверхнями і т. Д. Перетинаючи еквіскалярние поверхні полів вертикальної і рівень (наприклад, поверхнею рівня моря) площинами, в перерізі їх утворюються лінії рівних значень метеоелементов (ізолінії) - ізобари, ізотерми , ізотахіі тощо. Мінливість метеорологічного елемента в просторі зручно характеризувати градієнтом цього поля. Градієнтом метеорологічного поля називається падіння цієї величини по нормалі до поверхні рівного значення цієї величини, розраховане на одиницю відстані.
Для практичних цілей недоцільно оперувати просторовими градієнтами метеорологічних елементів, а знаходять їх проекції на горизонтальну (уровенную) поверхню - горизонтальний градієнт і вертикальну вісь - вертикальний градієнт. Вертикальний температурний градієнт - - позначається # 947; і одиницею виміру для нього є градус температури на 100 м висоти. Горизонтальний температурний градієнт - вимірюється в градусах на градус меридіана (приблизно 100 км).
По суті всі процеси в атмосферному повітрі протікають без теплообміну з навколишнім середовищем - адиабатически, так як теплопровідність повітря мала.
4. Стратифікація атмосфери і критерії нестійкості.
В реальній атмосфері можуть спостерігатися вертикальні градієнти як менше влажноадіабатіческого # 947; в, так і більше сухоадіабатіческого # 947; a- Ті чи інші значення вертикальних градієнтів температури визначають в кінцевому рахунку характер стану (стратифікацію) атмосфери на певний момент часу. Графік зміни температури повітря по висоті за фактичними даними називається кривою стратифікації температури. Розвиток упорядкованих великомасштабних вертикальних рухів в атмосфері призводить до суттєвих змін характеру погоди в районі: утворення хмар, опадів, оптичних і електричних явищ, смерчів та ін. Стратифікація атмосфери може бути стійкою, нестійкою і байдужою. Стійким називають такий стан, коли обсяг повітря, будучи злегка переміщеним зі свого місця вгору або вниз, прагне відновити своє початкове положення під дією сил «плавучості». Нестійка атмосфера в тому випадку, коли обсяг повітря, отримавши імпульс до руху під дією сил плавучості, буде прагнути продовжити рух від свого початкового положення.
В якості критерію для визначення стійкості або нестійкості стратифікації атмосфери використовуються співвідношення реального і сухоадіабітіческого (влажноадіабатіческого) температурних градієнтів. Можливі три співвідношення їх:
# 947;> # 947; a. # 947;<γa, γ=γa.
якщо # 947;> # 947; a (піднімається обсяг повітря тепліше навколишнього на всіх рівнях), то в цьому випадку розвиваються конвективні руху. Це приклад нестійкого стану. Навпаки, коли # 947;<γa, создаются неблагоприятные условия для развития конвекции и в атмосфере формируется устойчивое состояние. При равенстве градиентов в поднимающемся объеме и окружающем воздухе разность температур одинакова на всех уровнях. Это пример безразличной стратификации (равновесия).
Щоденні дані про розподіл температури і вологості на різних рівнях дає досить велика мережа аерологічних станцій. Ці дані використовуються при побудові висотних барических карт абсолютної (AT) і відносної (ОТ) топографії, які значно підвищують якість короткострокових прогнозів погоди. В тому числі таких важливих елементів її, як хмари, опади, грози тощо.